凌云 李娟英 彭自然 李玉清

摘 要 環(huán)境科學(xué)專業(yè)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程安排強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)和理論的同步結(jié)合，實(shí)驗(yàn)操作常有重復(fù)，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、后續(xù)處理也都費(fèi)時(shí)費(fèi)力，另外受實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，單門實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)費(fèi)較少，難以做大做強(qiáng)。因此本文期望通過將環(huán)境化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程整合，建設(shè)單門的實(shí)驗(yàn)大課，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)化、全面化，集中力量打造實(shí)驗(yàn)金課，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真、在線課程等多樣化的教學(xué)手段，倒逼學(xué)生將實(shí)踐與理論相結(jié)合，提升環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 環(huán)境科學(xué) 實(shí)驗(yàn)課程 整合

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.03.013

Exploration on the Integration of Environmental Science Experiment Courses

LING Yun， LI Juanying， PENG Ziran， LI Yuqing

（College of Marine Ecology and Environment， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306）

Abstract The traditional experimental course arrangement of environmental science specialty emphasizes the synchronous combination of experiment and theory. The experimental operation is often repeated， and the experimental preparation and follow-up treatment are also time-consuming and laborious. In addition， due to the limitation of experimental hours， the single experimental course has less funds， which is difficult to be bigger and stronger. Therefore， through the integration of environmental chemistry experimental courses， this paper hopes to build a single experimental course， make the experimental content systematic and comprehensive， focus on building experimental gold course， combined with flipped classroom， virtual simulation， online courses and other diversified teaching methods， force students to combine practice and theory， and improve the experimental practice ability of environmental science students.

Keywords environmental science; experiment course; integration

環(huán)境科學(xué)專業(yè)作為交叉學(xué)科融合了化學(xué)、生物、物理、數(shù)學(xué)、人文等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容，作為理工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)是繞不開的話題，環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境工程學(xué)都是教指委所規(guī)定的課程，也是大多數(shù)環(huán)境專業(yè)開設(shè)的課程。為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，近年來相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改進(jìn)探索卓有成效，如王增寶[1]等構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化平臺(tái)，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性，劉興華等[2]從實(shí)驗(yàn)室開放模式入手，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)開放的層次、內(nèi)容和方法，提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，而陶濤[3]等探索了“五位一體”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入了創(chuàng)新課程、網(wǎng)絡(luò)課程、實(shí)踐課程之中，達(dá)到促成果，增效果的最終目的。但大多數(shù)的教學(xué)方法改革依然基于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)安排，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)和理論的同步結(jié)合，理論課上到哪里，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排到哪里，教練結(jié)合。從傳統(tǒng)教學(xué)思路來說，這種安排對(duì)于學(xué)生的記憶和動(dòng)手能力確實(shí)是有效的。但在如今的信息化時(shí)代，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的查閱翻找能力遠(yuǎn)高于以往，在翻轉(zhuǎn)課堂、在線教學(xué)、虛擬仿真、金課建設(shè)等各種先進(jìn)教學(xué)手段的激勵(lì)下，我們?cè)絹碓綇?qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而且環(huán)境科學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容常常是涉及面廣但并不深，不像化學(xué)、生物專業(yè)那樣需要多級(jí)的層層遞進(jìn)，部分實(shí)驗(yàn)在不同的課程中會(huì)產(chǎn)生交叉，比如環(huán)境監(jiān)測課程會(huì)涉及理化指標(biāo)的檢驗(yàn)，環(huán)境化學(xué)、環(huán)境工程課程依然要檢驗(yàn)相關(guān)的理化指標(biāo)，按照傳統(tǒng)的思路根據(jù)理論課程的進(jìn)度設(shè)立實(shí)驗(yàn)課程，也容易造成實(shí)驗(yàn)的重復(fù)設(shè)置，因此將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合，注重實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性，配合學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，反而能得到更好的效果。比如朱蘭保等[4]開設(shè)了“環(huán)境科學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)”課程，將原來分散的污染物監(jiān)測項(xiàng)目與自然環(huán)境要素結(jié)合，同時(shí)結(jié)合環(huán)境影響評(píng)價(jià)課程，整合成水質(zhì)監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測和土壤重金屬監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并取得較好的成果。吳巖等[5]同樣建議增加綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如開設(shè)底泥對(duì)苯酚的吸附、土壤中重金屬形態(tài)分析、水體富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。我們參考后在相應(yīng)的實(shí)習(xí)課程中也有開設(shè)相關(guān)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)如果監(jiān)測指標(biāo)太少，實(shí)驗(yàn)過于簡單;如果指標(biāo)太多，占用課時(shí)又比較多;如果學(xué)生分指標(biāo)做，每個(gè)學(xué)生得到的項(xiàng)目不一樣，也不能得到全面的鍛煉。另外從教改建設(shè)情況來看，單個(gè)的實(shí)驗(yàn)課程體量小，較難申請(qǐng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)，一些探究型的實(shí)驗(yàn)受到經(jīng)費(fèi)制約難以充分開展，課程難以做大做強(qiáng)。

因此我們嘗試將環(huán)境科學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程和項(xiàng)目進(jìn)行進(jìn)一步的整合，將原來分散在環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境工程、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境評(píng)價(jià)等課程中的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)結(jié)合到一起，開設(shè)環(huán)境科學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一門大課，按照由簡到難的順序開設(shè)多個(gè)學(xué)期，不再單純依附于相關(guān)的理論課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前后貫通，互有銜接。最終按照高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度這“兩性一度”的金課標(biāo)準(zhǔn)開展實(shí)驗(yàn)金課建設(shè)。整合后一個(gè)學(xué)期可以安排64課時(shí)甚至更多學(xué)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)幾門小課搶課時(shí)的情況。在具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)置上，可以先鎖定一個(gè)主要污染物，將屬于不同課程的內(nèi)容：污染物的產(chǎn)生（環(huán)境化學(xué)）、污染物性質(zhì)（環(huán)境化學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)）、污染物檢測（環(huán)境監(jiān)測）、污染物轉(zhuǎn)化（環(huán)境化學(xué)）、污染物處理（環(huán)境工程學(xué)）整合成為一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)體系。如苯酚作為一種較為常見的環(huán)境污染物，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課中，苯酚濃度的測量屬于環(huán)境監(jiān)測課程，苯酚的降解屬于環(huán)境工程學(xué)課程，苯酚的形態(tài)轉(zhuǎn)化屬于環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容，苯酚的毒性檢測屬于環(huán)境毒理學(xué)的內(nèi)容。不同的實(shí)驗(yàn)放在不同學(xué)期，而苯酚本身又屬于易氧化物質(zhì)，每次學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前都需要重新準(zhǔn)備各種藥劑耗材，實(shí)驗(yàn)之后又需要凈化處理，每門課都有相應(yīng)的藥品儲(chǔ)存量、處理量。而在整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之后，首先可以開展苯酚的配置和含量檢測的內(nèi)容，通過苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置和濃度檢測，讓學(xué)生掌握溶液配置（盡管很簡單，但依然需要強(qiáng)化的操作）、濃度的滴定（反過來檢驗(yàn)學(xué)生配置溶液的能力）的能力，有條件的可以緊跟著開展苯酚毒性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)苯酚的毒性有一個(gè)明確的概念。之后可以開展環(huán)境工程學(xué)的苯酚降解實(shí)驗(yàn)，如用芬騰試劑、臭氧、活性炭吸附等各種手段處理苯酚，讓學(xué)生直觀的感受和比較各種處理方法對(duì)于苯酚的處理效果。有條件的可以在苯酚的降解工藝中讓學(xué)生檢測苯酚降解的中間產(chǎn)物，一方面完成污染物質(zhì)監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，另一方面可以完成環(huán)境化學(xué)的降解分析實(shí)驗(yàn)。教師也可以結(jié)合一些現(xiàn)場的樣品讓學(xué)生開展在復(fù)雜環(huán)境樣品中的苯酚檢測，脫離實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)樣品，更貼近實(shí)際應(yīng)用。如果實(shí)驗(yàn)室條件允許，可以借助先進(jìn)的儀器開設(shè)苯酚的儀器檢測、高級(jí)降解處理等實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能與先進(jìn)技術(shù)接觸，得到科研型、創(chuàng)新性的上課效果。

相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同樣可以開設(shè)在常見的環(huán)境污染物質(zhì)中，比如COD、氨氮、磷酸鹽、重金屬以及其他一些常見的有機(jī)或是無機(jī)污染物。在這些常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程高階性和創(chuàng)新性的要求，可以吸收部分學(xué)有余力的學(xué)生參與到教師的科研課題之中，比如我校環(huán)境工程的教師在磷酸鹽的吸收吸附中頗有建樹，相應(yīng)的本科生曾參與到相關(guān)研究之中并以第一作者發(fā)表論文，[6]讓學(xué)生自行研究探討新材料的吸收吸附性能，配置污染物溶液，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行總結(jié)，得到最優(yōu)化的結(jié)果。在條件允許的情況下，甚至可以指導(dǎo)學(xué)生自行制備吸收吸附或是降解材料，增加實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)度，得到創(chuàng)新性的結(jié)果。

由此可見，合并實(shí)驗(yàn)后主要的優(yōu)勢在于：

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)置更為系統(tǒng)，學(xué)生對(duì)污染物的了解更加全面，課程設(shè)置起點(diǎn)就具有“高階性”。而且因?yàn)樵O(shè)置了足夠的課時(shí)數(shù)，第一步實(shí)驗(yàn)的藥品配置都可以讓學(xué)生自行動(dòng)手，并通過加標(biāo)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自行檢驗(yàn)配置的準(zhǔn)確性，改變了原先實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備一切，學(xué)生只管部分操作的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練能力大大增加。

（2）學(xué)時(shí)學(xué)分增加，課程更具有“創(chuàng)新型”。學(xué)時(shí)學(xué)分增加，教學(xué)經(jīng)費(fèi)安排也更為集中有序，我們可以結(jié)合環(huán)境學(xué)的前沿內(nèi)容和時(shí)代熱點(diǎn)，積極融入最新的環(huán)境處理方法，使得教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化。如結(jié)合當(dāng)下最新的大氣污染監(jiān)測問題，讓學(xué)生去測定Pm2.5的控制及變化情況，甚至可以將生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)打通，利用空氣采樣器+特定顆粒物（微生物）測定口罩或是凈化器對(duì)于顆粒物、微生物的阻隔、殺滅效果，抑或是結(jié)合當(dāng)下流行的熱點(diǎn)環(huán)境話題，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）考核簡化，但課程更具“挑戰(zhàn)度”。每一套實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)層層相扣，前后連貫，一旦前面步驟錯(cuò)誤即影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開展即對(duì)前面實(shí)驗(yàn)的考核，看最后的結(jié)果即可看出整套實(shí)驗(yàn)的完成情況。

（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備更為簡單，后續(xù)處理也更為方便。原來需要分開準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過整合之后可以省去多個(gè)步驟，比如苯酚、重金屬、營養(yǎng)鹽等都可以只配置一次，依次開展后續(xù)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。相應(yīng)的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后對(duì)于污染物的安全化處置也更為便捷，大部分污染物經(jīng)過降解實(shí)驗(yàn)之后，有害成分大大減少，如果學(xué)生能進(jìn)行合理的安排，甚至可以將所有的污染物全部降解以后排入下水管網(wǎng)，免去廢液處理的步驟。

當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合最主要的困難和解決辦法包括：

（1）實(shí)驗(yàn)連貫了，但與理論課程不能同步，需要及時(shí)的補(bǔ)充理論知識(shí)。我們可以結(jié)合虛擬仿真、翻轉(zhuǎn)課堂等手段強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)教學(xué)，補(bǔ)充理論知識(shí)，盡量避免出現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的情況。比如在實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，可能出現(xiàn)（下轉(zhuǎn)第34頁）（上接第31頁）學(xué)生沒有接觸環(huán)境化學(xué)的內(nèi)容，對(duì)于苯酚的處理原理、降解過程理解不夠深刻的現(xiàn)象，此時(shí)可以配合在線課程和網(wǎng)絡(luò)作業(yè)，讓學(xué)生慢慢理解芬騰試劑、臭氧氧化對(duì)苯酚降解的原理和反應(yīng)過程，等到后續(xù)理論課程講述的時(shí)候再以點(diǎn)到面，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引申到其他物質(zhì)，最終把化學(xué)氧化處理的內(nèi)容講清楚講透徹。

（2）對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作要求較高，如果前面實(shí)驗(yàn)操作失誤，極易導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)失敗。因此首先要增強(qiáng)導(dǎo)師的作用，增加助教的設(shè)置，保證學(xué)生的操作規(guī)范，其次在實(shí)驗(yàn)課時(shí)設(shè)置中要留出一定量的重復(fù)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，或是將實(shí)驗(yàn)分段開設(shè)，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)成功的同學(xué)可以進(jìn)入下一階段的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而實(shí)驗(yàn)不成功的需要反復(fù)重做直到得到滿意的結(jié)果。對(duì)于動(dòng)手能力較好，實(shí)驗(yàn)一路順利的同學(xué)可以在最后的實(shí)驗(yàn)課程里面直接進(jìn)入高階的選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)，甚至結(jié)合畢業(yè)論文的實(shí)驗(yàn)，省時(shí)省力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王增寶，趙修太，付帥師.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，轉(zhuǎn)變教學(xué)實(shí)驗(yàn)類型探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015（6）：169-172.

[2] 劉興華，王方艷.以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)室開放模式探[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（1）：9-12，20.

[3] 陶濤，于江華，黃瓊，等.環(huán)境科學(xué)與工程“五位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法芻議[J].教育教學(xué)研究，2016，30（10）：84-88.

[4] 朱蘭保，盛蒂，李彤，等.環(huán)境科學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].長春師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（4）：138-139，145.

[5] 吳巖，杜立宇，鄒洪濤，等.本科環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新模式探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（18）：276-277.

[6] 楊春懿，詹艷慧，林建偉，等.氫氧化鎂對(duì)水體內(nèi)源磷釋放的控制作用[J].環(huán)境科學(xué)，2020，41（4）：1700-1708.